毕业设计（论文）长江二次6010KV降压变电所电气部分初步设计.doc

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1、长江二次60/10KV降压变电所电气部分初步设计原始资料（一）设计任务书部分一、 设计题目 ：长江二次降压变电所电气部分设计二、 原始资料及依据（一）变电所概况介绍：1 待设计变电所电压等级为60/10kv。2 所处地区地势平坦，海拔高度为250m，周围空气无污染，最高气温40，最低气温-20，年平均温度18。3 该变电所有两回电源进线，12回出线。4 出线走廊宽阔，交通方便。5 待设计变电所与电力系统的连接情况。22km60kv90km220kv2*150km电力系统S=2*100MWcos=0.85Xd=0.1832*120MVAUd%=14.22*63MVA Ud%=14.2 50km5

2、0km50km50km （三）变电所10kv侧用户负荷表序号负荷名称远期最大负荷（kw）功率因数Tmax(h)重要负荷所占比例回路数出线方式1化工厂50000.907000702架空线2有机玻璃厂34000.916800702架空线3变压器厂35000.906500752架空线4电线厂42000.906000202架空线5起重机厂32000.89500001架空线6标准件厂8000.88500001架空线7自来水厂8000.887500702架空线重要负荷占总负荷的65%，负荷同时率0.9，线损取5%，有功负荷率取0.75；无功负荷率取0.82，要求变电所的平均功率因数补偿到0.9以上（四）设

3、计主要内容及要求1、选择本变电所的主变压器（确定变压器的型式、台数、容量、变压比）； 2、选择本变电所的电气主接线;3、进行短路电流的计算；4、变电所保护配置；5、变压器主保护整定计算。要求写出不少于15000字的设计说明（计算）书；并绘制出下列图纸：1、设计说明书、计算书一册；2、变电所电气主接线图；3、变电所保护配置图；4、变压器保护展开图。第二部分：外文资料翻译部分要求翻译一篇与本专业或本课题有关的外文文献，译文不少于3000汉字。（二）对原始资料的分析一、 设计依据1、 长江二次60KV降压变电所设计任务书。2、 变电所设计规程。二、 变电所性质本所为终端变电所以10KV电压等级向不同

4、用户供电，对系统要求较高，同时还应考虑其灵活性和经济性。三、 负荷资料1、 本所最大综合负荷10KV侧：20900KW，COS=0.9。2、 系统情况系统有3台汽轮发电机，4台双绕组变压器。3、 负荷情况本所所供负荷主要是对工业用户供电。四、 自然条件1、 地理位置该所所处地区地势平坦，海拔高度为250m，交通方便；气象分析周围空气无污染，最高气温+40，最低气温-20，年平均气温18。中文摘要电力系统专业的毕业设计是一次比较综合的训练，它是我们将在校期间所学的专业知识进行理论与实践的很好结合，运用理论知识和所学到的专业技能进行工程设计和科学研究，提高分析问题和解决问题的能力。在完成此设计过程

5、中，我们可以学习电力工程设计、技术问题研究的程序和方法，获得搜集资料、查阅文献、调查研究、方案比较、设计制图等多方面训练，并进一步补充新知识和技能。本毕业设计论文是60/10KV二次降压变电所电气部分初步设计。为了保证供电的可靠性和一次性满足远期负荷的要求，按照远期负荷规划进行设计建设，从而保证变电所能够长期可靠供电。根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及变电所设计等书籍的有关内容，设计过程中完成了主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、保护整定计算、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划等主要工作。在此期间，遇到的种种问题均通过反复比较、验算，并请教老师得以解决。毕业设计论文由设计说明

6、书、设计计算书、一套图纸（电气主接线图、保护配置图、保护展开图）组成。内容较为详细，对今后扩建有一定的参考价值。近年来，电力在世界各国能源和经济发展中的作用日益增长，它已成为现代社会实用最广、需要最快的能源。变电所的合理设计与建设是一个极其重要的组成部分。本次设计是根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及变电所设计等书籍的有关内容，在指导老师的帮助下，通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细致的考虑工程设计的可靠性、经济性、灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。通过完成此毕业设计论文，进一步领会我国电力工业建设的政策观念和经济观点，培养对工程技术、经济进行较全面的综合分析能力。

7、关键词：变电所, 短路计算, AbstractThe professional graduate in system in electric power design is once more synthesize of training, it is we will during the period of school a profession for learning knowledge proceed theories and practice very good combination, make use of the theories knowledge proceeds with

8、 a profession for learning technical ability engineering design with science study, increase analyze problem with problem-solving ability. In complete this design process, we can study the electric power engineering the design, investigative procedure in problem in technique with method, be collecte

9、d information, checked the cultural heritage, investigate the research, project comparison and design the various training in etc. in graphics, combine further complement the new information knows with technical ability.This graduate design thesis is a 60/10 KVs a declining to press to change to giv

10、e or get an electric shock an electricity parts of first steps design. For the sake of dependable that guarantee the power supply with a request that contented long-term burthen, carries according to the forward the programming proceeding design developments, from but guarantee to change to give or

11、get an electric shock can long-term dependable power supply.Design the request of the mission book according to the graduate, synthesize a programming for learning profession knowledge and s changing giving or get an electric shock the designed waiting dogs- ear relevantly contents, designing in the

12、 process completing lord changing choice, electricity lord connecting linear draw- up, short circuit computing, electricity equipments choosing, going together with electricity equipping, after give or get an electric shock the protection with the programming of the automatic device with defend prot

13、ective programming in thunder etc. main work. Here period, all kinds problems that meet all passes to compare, check to calculate again and again, and ask the can solution in teacher. Graduate to design the thesis from design the manual, design calculation book, a set of diagrams paper( the electric

14、ity lord connects the line diagram, total flat surface arranges the diagram and go together with electricity equip cross section diagram, defend thunder protection diagram) constitute. The contents is more detailed, to from now on extend to consults certainly value.For this year, electric power is i

15、n international community energy with economy develop of the function increases increasingly, it have become modern the society is practical the most widely and need the quickest energy. Change the reasonable design that give or get an electric shock are a with developments very constituting the par

16、t importantly.This design is at guiding teacher descend, passing oneself of design what argument complete with meticulous care. Whole design process inside, completely dependable, economic, vivid.etc. many factors that meticulous consideration engineering design, end complete this design project.Pas

17、s to complete this graduate design the thesis, further appreciating the our country the policy idea of electric power industry developments with the economic standpoint, educates to proceed to the engineering technique, economy more completely to synthesize the analytical skill.Key words: substation

18、 short circuit computing 目 录原始资料I中文摘要IVAbstractV引 言1第一章 主变压器的选择21.1主变台数、容量的确定2第二章 电气主接线的选择52.1主接线的设计原则及基本要求52.2 本变电所主接线的选择6第三章 短路电流的计算说明103.1 短路电流计算的目的103.2 短路的基本类型103.3 短路电流计算的基本假定103.4 一般规定113.5 计算步骤113.6 计算方法11第四章 变电所继电保护134.1变压器保护原则134.2保护配置说明154.3各种继电保护原理20第五章 主变压器的选择计算部分355.1 变压器容量的确定35第六章 短路电

19、流的计算过程376.1所用计算公式376.2 系统计算电路图和等值电路图37第七章 主变压器整定计算447.1主变压器整定计算：447.2 变压器瓦斯保护整定：447.3变压器差动保护整定：447.4 复合电压起动的过电流整定计算：507.5 过电流保护的整定计算：5076过负荷保护的整定计算：51总 结52参 考 文 献53致 谢54附 录55引 言本毕业设计论文为长江二次60kv降压变电所电气部分设计，要求所设计的变电所能长期可靠为其负荷供电。.第一章 主变压器的选择1.1主变台数、容量的确定1.介绍：2.主变台数的确定：3. 主变容量的确定原则：. 式（1.1） 式（1.2）式（1.3）

20、对于两台变压器的变电所，其变压器的额定容量可按下式确定： 式（1.4）式中K0为负荷同时系数；为按负荷等统计的综合用电负荷。4.主变型式的选择：a.主变压器相数选择：主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。特别是大型变压器，尤其要考虑其运输可能性，保证运输尺寸不超过隧洞、涵洞、桥洞的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力。当不受运输条件限制时，330KV及以下（待设变电所为63/10KV）的变电所，均应选用三相变压器。b.主变压器绕组数量的选择：对深入引进至负荷中心，待设变电所具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电

21、压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。c.主变绕组连接方式的选择：变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y连接，35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器绕组都采用形连接d.主变调压的选择：当系统有调压要求时应采用有载调压变压器e.主变自耦选择：与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或与高、中压间潮流不定情况外，一般采用自耦变压器。通过对原始资料的分析，根据负荷及经济发展的要求，同时考虑负荷的同时系数和线损率等因素，可由公式 式（1.4）求得分析原始资料 P=20900KW=0

22、.9线损率为5%；负荷的同时系数为0.9将以上数据代入公式可得变压器的容量为21945KVA由规程得 若选两台容量为16000KVA的变压器，当一台停运时，仍能保证70%的重要负荷供电。 查电力设备手册确定两台主变压器为60Kv级，双绕变压器。其型号SFL1-16000/60。 正常运行时，两台变压器全部投入。当其中一台停运检修时，考虑变压器的过负荷能力，另一台仍能达到全部负荷的98%。主要参数如下：表1-1 变压器主要参数表型号参数额定容量（KVA）16000额定电压（KV）高压 6322.5%低压 10.5连接组标号Y/11短路损耗（KW）103.0空载损耗（KW）19.5空载电流（%）0

23、.8 阻抗电压（%） 9S三相 Z有载调压 7序号本次设计的变电所采用2台主变并列运行的方式。第二章 电气主接线的选择2.1主接线的设计原则及基本要求电气主接线是.可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度，采用可靠性能高的电气设备可以简化接线。（2）可靠性的具体要求：a、 断路器检修时，不影响对系统的供电；b、 断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电；c、 尽量避免全部停运的可能性。3、 经济性:.。 此外还要满足运行、检修要求和扩建要求：（1）调度时，应可能灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运

24、行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。（2）检修时可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。（3）扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。2.2 本变电所主接线的选择 2.2.1 60KV侧主接线方案的确定一、 方案60KV侧，规程上讲，.。方案一 、单母线分段进线图21 方案二、内桥进线 图22二、两种方案特点比较.。2.2.2 10KV侧主接线的确定.一、 方案方案一 、 单母线分段进线图23 单母线分段接线方案二、

25、单母分段带旁路进线图24 单母线分段带旁路接线二、两种方案特点比较规程上讲，.段接线供电可靠性不高的缺陷。最后，.。第三章 短路电流的计算说明3.1 短路电流计算的目的（1）电气主接线的选择（2）选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保证安全可靠，而且在发生短路时保证不损坏。（3）选择断电保护装置。3.2 短路的基本类型三相系统.短路。为了检验和选择电气设备和载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用下述短路电流值。Ich：短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。I：超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值。I：稳态短路电流有效值。3.3 短路电流

26、计算的基本假定（1）正常运行时，三相系统对称运行。（2）所有电源的电动势相位角相同。（3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。（6）元件的计算参数取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。（7）输电线路和电容略去不计。3.4 一般规定（1）验.按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（2）选择.电容补偿装置放电电流的影响。（3）选择导.大的地点。（4）导体和.则应按严重情况计算。3.5 计算步骤（1）画等值电抗图首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。选取基

27、准容量和基准电压。计算各元件的电抗标么值。（2）选择计算短路点。（3）求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。（4）各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。（5）列出短路电流计算数据表。3.6 计算方法标么值法：取基准容量，基准电压计算用公式：变压器： 式（3.1）发电机： 式（3.2）线路： 式（3.3）短路电流周期分量有效值： 式（3.4）短路电流冲击值： 式（3.5） 第四章 变电所继电保护4.1变压器保护原则4.1.1变压器主保护设计原则：对电力变根据中华人民共和国行业标准，按照GB 1 42581993继电保护和安装自动装置技术规程的规定：变压器的下列故障及异常运行状态，应按规

28、定装设相应的保护装置。 （1） 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路; （2） 绕组的匝间短路；变压器的下列故障及异常运行状态，应按本节的规定装设相应的保护装置。（3） 外部相间短路引起的过电流；（4） 中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；（5） 过负荷；（6） 过励磁；（7） 油面降低；（8） 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障；上述第一、第二款的保护装置应瞬时动作于跳闸，第三、第四的保护装置应带时限动作于跳闸，第五、第六款的保护装置一般作用于信号。对于0.8MVA及以上油侵式变压器和0.4MVA及以上车间内侵式变压器，均应装设瓦斯保护。

29、当壳内故障产生轻微气体或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量气体时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，亦应装设气体保护。对变压器引出线、套管及内部的故障，应采用下列保护方式：纵联差动保护用于6300千伏安及以上并列运行的变压器；用于10000千伏安及以上单独运行的变压器；用于6300千伏安及以上的厂用工作变压器。对厂用备用变压器，可装设电流速断保护代替差动保护。如变压器的纵差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。纵联差动保护的整定值可小于额定电流。电流速断保护：用于10000千伏安以下的变压器，且其过电流保护时限大于0.5秒时。2000千

30、伏安及以上的变压器，如电流速断灵敏性不符合要求，则宜装设差动保护。上述各种保护装置动作后，应断开变压器各电源侧的断路器。4.1.2变压器后备保护设计原则：变压器后.保护电流互感器与断路器之间的故障。对由外部相间短路引起的变压器过电流，一般采用下列保护方式：（1）过电流保护：一般用于将压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。（2）复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护：一般用于升压变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。（3）负序电流和单相式低电压起动的过电流：一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器。外部相间短路保护应装于变压器下列各侧：1) 双绕组变压器，应

31、装设于主电源测；2) 三绕组变压.装设方向元件；3）供电给分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护装置外，还应在每个供电支路装设保护装置；4）对发电机变压器.分两段时限，以便在外部短路时仍能保证厂用负荷的供电。 上述各种保护装置的接线宜考虑能保护电流互感器与断路器之间的故障。4.2保护配置说明4.2.1变压器的保护配置方案电力变压器在.容易过励磁。过励磁也是变压器的一种不正常运行状态，变压器处于不正常运行状态时，应发出信号。为了保证电力系统安全稳定运行，并将故障或不正常运行状态的影响限制到最小范围，按照GB 142581993继电保护和安装自动装置技术规程的规定，变压器应装设以下保护装置

32、。对电力变压器的下列故.规定装设相应的保护装置。 （1） 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路; （2） 绕组的匝间短路；（3） 外部相间短路引起的过电流；（4） 中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；（5） 过负荷；（6） 过励磁；（7） 油面降低；（8） 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障；上述第一、第二款的保护装置应瞬时动作于跳闸，第三、第四的保护装置应带时限动作于跳闸，第五、第六款的保护装置一般作用于信号。对变压器温度升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器的标准规定，装设信号装置。变压器保护部分： 初步装设方案（变压器B1B2）： 主

33、保护：变压器瓦斯保护差动保护 后备保护：复合电压起动的过电流保护过负荷保护主保护部分：4.2.1.1气体保护(瓦斯保护)： 于0.8MVA及以上油侵式变压器和0.4MVA及以上车间内侵式变压器，均应装设气体保护。当壳内故障产生轻微气体或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量气体时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，亦应装设气体保护。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.2条。4.2.1.2纵差动保护或电流速断保护：对变压器引出线、.变压器，且其过电流保护时限大于0.5s时，2000千伏安及以上的变压器，如电流速断灵敏性不符合要求，则宜装设差动保护。

34、上述各种保护装置动作后，应断开变压器各电源侧的断路器。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.3条。变压器后备保护： 后备保护方案：过电流保护、复合电压保护、 过负荷保护。4.2.1.3过电流保护：对于外部相间短路.跳闸。（1）过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值，应考虑事故时可能出现的过负荷。（2）复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不负荷灵敏性要求的降压变压器。（3）负序电流和单项式低电压起动的过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。（4）当复合电压.求时，可采用阻抗保护。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.5条。和变压器

35、后备保护设计原则：（！）变压器后备保护应作为相邻元件及变压器本身主保护的后备。但当为满足远后备而使接线大为复杂化时，允许缩短对相邻线路的后备保护范围。（2）变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数。（3）变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护代替。(4)变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。最中采用复合电压起.相短路时，短路初瞬总会出现负序电压，负序电压继电器动作，断开加在低压继电器上的电压，从而使其动作。负序电压消失后，虽然低压继电器重新接于线电压.。这里的低电压继电器和负序电压继电器相当于接在一个或门上，然后在和相电流继电器相接于与门上，相成了此逻

36、辑关系，从而完成了对变压器相间故障的保护。依据以上的综合分析后，选择复合电压起动的过电流保护作为设计使用方案，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的灵敏度也有所提高。4.2.1.4零序电流保护：110kV及以上中性点直接接地的电力网中，如变压器的中性点直接运行，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流保护。用作变压器外部接地短路时的后备保护。保护直接动作于跳闸。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.8条。4.2.1.5过负荷保护：0.4MVA及以.变压器，若三侧绕组容量相同，则过负荷保护只装在电源侧；若三绕组容量不同，则在电源侧和容量较小的一侧分别装设过负荷保护；对于双侧电源

37、的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.11条。4.2.1.6过励磁保护：高压侧电压500KV的变压器，对频率降低和电压升高引起的变压器工作磁密过高，应装设过励磁保护。保护由两段组成，低定值段动作于信号，高定值段动作于跳闸。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定。4.2.1.7复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护：一般用于升压变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。外部相间短路保护应装于变压器下列各侧：1）双绕组变压器，应装设于主电源测；2）三绕组变压器及自耦变压器，一般装设于主电源侧（经常不断开的电源侧）及

38、另一侧，主电源侧的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护侧的断路器。当上述方式不符合灵敏性的要求性时，则可在所有各侧均装设保护装置。各侧保护装置应根据选择性的要求装设方向元件； 3）供电给分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护装置外，还应在每个供电支路装设保护装置； 4）对发电机变压器组，在变压器低压侧不应另设保护装置，而利用发电机的外部短路过电流保护。但在厂用分两段时限，以便在外部短路时仍能保证厂用负荷的供电。4.2.1.8 其他保护：变压器温度、信号监测装置对变压器温度及.器油温的监视采用温度信号装置，其基本元件是带电触点的压力式温度计。该温度计是按流体压力计原理制成的，由受热

39、器连接管和温度指示器组成，当被测物温度升高时，受热器中液体膨胀，温度指示计中的流体压力计应部分所受压力增大，指针位置改变，当指针位置达到定位指针预先放置的位置时，使定时指针的一对触点接通，发出信号或采取变压器冷却风扇，温度计可以有两个定位针给定温度的上下限，而作为两位式调节 上述各种保护装置的接线宜考虑能保护电流互感器与断路器之间的故障。本次变压器保护：1、气体保护(瓦斯保护)2、纵差动保护3、过电流保护4、复合电压保护 5、过负荷保护 6、保护装置，除预先规定以外，都不允许系统因震荡引起的误动作； 7. 正常情况下，当电压互感器的二次回路或其他故障能使保护误动作时，应装设线路闭锁或其他措施。

40、4.3各种继电保护原理4.3.1 瓦斯保护原理：瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。瓦斯保护工作原理：由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件，它安装在油箱与油枕之间的连接管道上，如下图所示： 图41 瓦斯继电器安装位置图为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有11.5的升高坡度，通往继电器的连接管具有24的升高坡度。开口杯挡板式瓦斯继电器，其内部结构如下图所示。正常运行时，上、下开口杯2和l都浸在油中，开口杯和附件在油内的重力所产生的力矩小于平衡锤4所产生的力矩，因此开口杯向上倾，干簧触点3断开。